轴向磁场磁通切换型永磁风力发电机矢量控制实验研究

介绍了将矢量控制技术应用于轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)风力发电机,研究了AFFSPM电机在直驱风电系统中的动态转速响应。采用转速-转矩曲线模拟风力机特性,以一台三相12/10极AFFSPM发电机作为控制对象,搭建了基于DSP的AFFSPM直驱风电系统整流侧实验平台。根据叶尖速比控制给出转速指令,应用磁场定向矢量控制策略对AFFSPM风力发电机进行了转速跟踪实验。实验结果表明,直驱风电环境下的AFFSPM发电机在采用磁场定向矢量控制时具有快速、准确的转速响应。     

轴向磁场磁通切换型永磁电机矢量控制

轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种新型结构的定子永磁型双凸极电机.分析了AFFSPM电机结构和工作原理,确定了矢量控制系统方案,给出了采用无刷直流控制方式起动时寻找转子零点位置的方法.针对AFFSPM电机定位力矩对系统性能的影响,建立了AFFSPM电机控制系统仿真模型.以一台三相12/10极AFFSPM电机为样机,进行了AFFSPM电机矢量控制的无刷直流方式起动,空载和负载调速试验.试验结果表明,AFFSPM电机矢量控制系统具有良好的起动、调速性能及较好的抗负载扰动能力.     

横向磁场磁通反向电机的特性分析

提出一种横向磁场磁通反向电机结构,电机中的永磁体与电枢绕组均位于定子侧,转子齿嵌入开槽的非导磁材料转子筒中,定转子铁心均可由硅钢片叠压制成。相比传统横向磁场电机,横向磁场磁通反向电机具有结构简单、加工方便的优点。介绍了电机的基本结构,阐述了电机的基本工作原理。利用傅里叶级数法推导了电机的反电动势、电磁转矩以及定位转矩的表达式。利用三维有限元方法,分析了电机的永磁磁链、反电动势、定位转矩和电磁转矩等基本特性。在其基础上研制一台样机并进行初步实验研究,实验结果与有限元结果相吻合,验证了理论分析的正确性。     

混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性

提出一种混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机,以一台12/11极电机为例分析电机的结构特点和工作原理。基于三维有限元方法研究该电机静态特性,对空载永磁磁场和气隙磁通密度进行分析,研究永磁磁链、反电动势、定位力矩及绕组电感等电磁特性,分析不同励磁电流下的气隙磁场分布和调磁特性。结果表明:该种电机的磁链和反电动势均为双极性的正弦分布,适于无刷交流运行场合;通过调节励磁电流,线圈匝链磁通变化明显,调磁效果较好。     

轴向磁场分布对磁致伸缩驱动器磁滞特性的影响

稀土超磁致伸缩材料(GMM)具有磁滞非线性,严重影响超磁致伸缩致动器(GMA)的控制精度。为探讨轴向磁场分布对GMA磁滞特性的影响,确定了通过改变驱动线圈形状的方法来获得GMA不同的轴向磁场分布。基于材料自由能磁滞模型,建立了GMA磁滞非线性耦合模型,并给出了GMA磁滞回线计算方法。分析了四种典型形状的驱动线圈所对应的GMA的磁滞特性,结果表明轴向磁场分布对GMA磁滞特性具有重要影响,其中阶梯型和凹型线圈对应的GMA的最大磁滞较小。     

用矢量磁位计算三维磁场问题的有限元程序自动生成的研究

本文运用最新发展起来的有限元语言和有限元程序自动生成技术生成了解三维磁场问题所需要的ＦＯＲＴＲＡＮ有限元程序系统,在此矢量磁位被用来作为磁场的描述函数。     

轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统建模及仿真研究

提出了一种新型结构的6/13极定子模块式轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)电机。该电机具有结构紧凑、转矩密度大、效率高和容错性能强等特点。分析了AFFSPM电机结构和工作原理,推导了AFFSPM电机的数学模型。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了AFFSPM电机控制系统仿真模型,分别对滑模速度控制和比例谐振控制的控制策略进行仿真研究,分析对比AFFSPM电机的转速、转矩和三相电流的波形。仿真结果表明,与比例谐振控制策略相比而言,滑模控制策略下该新型AFFSPM电机控制系统具有较好的静态和动态性能。     

可变磁通磁场增强型永磁电机优化设计与分析

针对永磁电机磁通难以调节以及重载运行时永磁体易遭受不可逆的退磁风险问题,提出了一种新型的反凸极变漏磁永磁电机。该电机的漏磁可随负载变化自动调节,转子的特殊结构增大了电机的d轴电感,从而有效扩大了电机的调速范围;重载运行时能够工作在磁场增强区域,从而极大地降低了永磁体的退磁风险。首先,采用多目标遗传算法对电机转子结构进行了优化,随后用有限元法对电机的气隙磁密、空载反电动势、输出转矩、转矩波动、电感以及磁链等基本电磁特性进行了详细研究,此外,还对电机的机械强度和温升特性进行了分析。优化后电机的输出转矩从55.20N·m增加到57.38N·m,转矩脉动从5.62N·m降低到4.35N·m,空载反电动势3次谐波幅值从11.87V降为7.00V,电机最高温度由62.8℃下降到57.9℃。提出的电机最高运行速度超过10000r/min远高于传统电机(7200r/min),验证该优化方法的有效性与电机的可行性。     

浅谈磁通切换型轴向磁场永磁电机有限元计算

为了对磁通切换型轴向磁场永磁(AFFSPM)电机有限元计算过程中电机外围漏磁和剖分精度等问题进行研究,基于有限元计算结果,试制了一台三相12/10极AFFSPM电机样机,并对样机的感应电势进行实测。经过比较感应电势的计算与实测结果,得出在电机有限元模型外围加适当尺寸的虚拟空气罩来计及电机外围漏磁的处理方法是可行的;通过将不同剖分精度下参量的计算结果与其解析结果相比较,并综合比较其自身的变化趋势而得出的剖分精度能够满足设计需要,为AFFSPM电机的深入研究奠定基础。     

轴向磁通切换永磁电机双矢量合成模型预测磁链控制

为了减少轴向磁场磁通切换永磁电机(axial field flux-switching permanent magnet machine,AFFSPMM)的转矩和定子磁链脉动,提出一种磁链矢量跟踪误差最小化的双矢量合成模型预测磁链控制(two-vector synthetic model predictive flux control,TVS-MPFC)方法。首先,为了消除传统模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)价值函数中的加权因子,推导TVS-MPFC的等效价值函数;然后,根据无差拍控制估算参考电压矢量;接着,在一个控制周期内,采用双电压矢量的控制方法来提高控制系统的稳定性,其中第一个电压矢量直接选定为有效矢量,而第二个电压矢量在有效矢量和零矢量之间进行选择;最后,根据磁链矢量跟踪误差最小化原理,确定所选电压矢量的占空比。通过仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。结果表明,与传统MPTC和DB-MPFC相比,所提TVS-MPFC改善了AFFSPMM控制系统稳态性能,特别是在低速和超低速运行的工况下效果更明显。     

电力变压器两种磁屏蔽中磁通及损耗的仿真分析与验证

本文提出了一种精确测量变压器结构件杂散损耗的实验方法。该方法通过引入两个漏磁补偿线圈,使得空载条件下的漏磁分布与负载条件下漏磁分布更为接近,从而改善了传统杂散损耗测量方法中由于漏磁分布不同所造成的空载线圈损耗与负载线圈损耗存在差别的情况。通过该方法可以更为准确地测量结构件的杂散损耗。分别对两种不同结构形式的磁屏蔽以及导磁钢板进行了测量与仿真,得到了两种磁屏蔽以及导磁钢板在不同激励条件下的杂散损耗。考察了沿硅钢叠片方向磁通的分布情况,通过对比测量结果与计算结果,证明了所提出的实验方法与计算方法的有效性。本文所提出的方法,可用于不同工况条件下电磁场和损耗计算方法的有效性验证。     

线圈型磁通量传感器多路复用结构优化研究

线圈型磁通量检测技术已大量应用于临床诊断应用中,但相邻磁检测信号容易出现信号混叠现象。现有研究大多采用算法处理和样本空间隔离的方式避免信号的相互干扰,限制了该技术在体外快速诊断领域中的发展。针对上述问题,本研究采用数学物理建模结合有限元仿真的形式分析了线圈型磁通量传感器的结构,并进行了传感器结构优化。最终实验结果表明,优化后的传感器能有效地区分间距为4 mm的相邻磁信号源。针对临床样本胃泌素17的免疫层析定量检测中,检测范围达到11 pg/mL～110 ng/mL。上述结果证实了优化后传感器结构具备多路同步复用检测能力。     

管道漏磁内检测的管壁缺陷漏磁场解析模型

漏磁内检测技术是长输油气管道缺陷检测的主要手段,缺陷几何特征识别对管道安全运行评价具有重要意义。基于二维磁偶极子模型,建立管道内壁缺陷漏磁场空间分布的三维解析模型,对磁化方向垂直缺陷时磁荷产生漏磁场的变化规律进行研究;基于内壁解析模型,引入管壁退磁影响因子,对模型进行补偿,建立管道外壁缺陷漏磁场三维解析模型,得到了管道外壁不同缺陷漏磁场的分布特征。搭建漏磁检测实验平台,对所建模型有效性进行实验验证。结果表明,管壁对外壁缺陷漏磁场具有一定屏蔽作用,实验结果和理论分析具有很好的一致性,所建模型可有效描述管道内外壁缺陷漏磁场空间分布特性,对缺陷识别和定量评估具有一定工程指导意义。     

An experimental study of the flux control characteristics of a magnetic fluid controlled by a parallel or orthogonal magnetic field

This paper presents experimental results of the flux control characteristic and the inductance control characteristic of magnetic fluid which is controlled by the permanent magnets. Two kinds of magnetic field, parallel and orthogonal, are discussed comparatively. The position between the magnetic fluid and the permanent magnet determines the magnetic field. The results are useful when employing magnetic fluid as a sensor or a control element.     

电感自积分式脉冲点磁场探头的研究

详细介绍了一种用于测量空间某点磁场幅值的电感自积分式脉冲磁场探头的工作原理,电路及其标定结果。     

采用Halbach磁场的新型被动磁轴承仿真

为了提高永磁磁轴承的轴向承载力和刚度,在对理想Halbach磁场进行分析的基础上,利用分段磁环构成的近似Halbach磁场设计了一个新型的轴向永磁磁轴承.通过有限元软件对这种磁轴承进行了建模仿真,计算了最大承载力以及刚度,并分析了磁环的厚度与高度比值对磁轴承刚度的影响.仿真结果表明,采用Halbach磁场的轴向磁轴承最大可以提供2×106N/m的刚度,高于相同永磁材料用量条件下传统轴向磁轴承的刚度.考虑到这种磁轴承的结构要比传统结构复杂,因此这种磁轴承更适合在对刚度要求高的场合应用.     

基于脉冲漏磁理论的铁磁性材料斜裂纹检测

在广泛应用于各行各业的铁磁性材料中,由于应力和环境等因素的作用,裂纹是其最常见的缺陷之一,且多以不规则的形状(如斜裂纹)存在.为了分析斜裂纹的脉冲漏磁信号特点,建立了脉冲漏磁检测斜裂纹的有限元仿真模型,对比分析了斜裂纹与垂直裂纹的脉冲漏磁信号的差异,提取并研究了相关特征量与斜裂纹尺寸的关系.同时,利用脉冲漏磁检测系统对几种斜裂纹进行了实验,检测结果与仿真分析结果一致,验证了利用脉冲漏磁检测斜裂纹的可行性,为下一步对斜裂纹的定量检测提供了理论指导.     

单标量磁位法在静态磁场数值计算中的应用

本文运用经典的磁荷理论，修正了简化标量位法的物理内涵，并在新的基点上建立了单标量磁位法在静态磁场数值计算中的有限元数学模型；然后分别以二维平行平面磁场和轴对称磁场 典型问题为算例，给出验证。计算结果表明，基于有限元的单标量磁位法是应用于静态磁场数值分析的理想方法。     

电感式磨粒传感器线圈参数对磁场均匀性影响研究

磁场均匀性是影响电感式磨粒传感器检测精度的重要因素,为了提高传感器磁场均匀性,研究线圈参数对传感器磁场分布规律,根据磁场叠加原理,建立了电感式磨粒传感器三线圈数学模型,推导出传感器磁场计算公式,提出磁场均匀性评价系数K。对电感式磨粒传感器磁场进行仿真,分析了线圈内径、线圈宽度、线圈间距以及线圈匝数对传感器磁场分布的影响。通过极差分析和方差分析分别得到磁场均匀性最优线圈参数组合和线圈参数对磁场均匀性影响的显著性。实验结果表明:当线圈为最优参数时,传感器对70～200μm的磨粒有良好的监测能力,磨粒在不同径向的监测结果偏差小于5%,为传感器线圈的设计提供了参考。     

传统充磁与正弦充磁磁齿轮磁场分布及转矩特性对比分析

为提高磁场调制式磁齿轮的转矩密度,改变传统充磁方式,分析了一种正弦充磁磁齿轮。利用Ansoft软件构建了两种充磁方式磁齿轮的有限元模型,在静态模型下分析了两种磁齿轮的磁力线分布,计算了内外层气隙磁通密度,获得了内外层气隙磁密的各主要谐波;计算了模型中内外转子的静态转矩和稳态运行转矩。对两种充磁方式磁齿轮的气隙磁密、谐波以及转矩进行了比较,结果表明在同体积下正弦充磁磁齿轮具有较小的谐波含量和较高的转矩。